车用柴油机的发展前景

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1、车用柴油机的发展前景车用柴油机的发展前景?汽车技术?中国汽车 q 墟CHINAAUToMoTI,rEMANUFACTURING车用柴油机的发展前景向红粱政文(重庆交通大学交通运输学院重庆 400074;贵阳市公交总公司一车问)摘要:本文比较了车用柴油机与其他车用动力的优点,分析了它的技术现状,介绍它未来技术的发展趋势.关键词:车用柴油机;技术现状;发展趋势TheDevelopmentTendencyofAutomobiledieselengineXianghongliangzhengwen(CollegeofTrafficTransportEngiNooringofChongqingJlaot

2、ongUnlVI”Sity,Chongqing400074)Abstract:Thispaperanalysesthemeritsbetweentheautomobiledieselengineandenginessuppliedwithotherfuelsandpresentsitscurrenttechnoligiesandintroducesdevelopmenttendency.KeyWords:Automobiledieselengine;Currenttechnoligics;Developmenttendency前言随着世界能源危机和环境污染的日益严重,节约能源,保护生态环境,减

3、少污染已是当今世界各国的共识.大量研究结果表明,柴油机是日益产业化应用的各种动力机械中热效率最高,能量利用率最好,最节能,有害废气排放量很少的一种机型.在相同路况下,柴油机与同等排量汽油车的油耗比例为 7:10.柴油机不但有优良的燃油经常性,还具很大的改进潜力.世界上最先进的柴油机技术一一 CDIt.I(高压共轨柴油直喷技术)可使发动机更节能,排放更环保,因此,越来越受到各国的重视.据专家预测,今后 20 年内,柴油机将成为世界车用动力的主流.1 柴油机的特点1.1 柴油机与汽油机比较1.1.1 燃油消耗由于柴油热值比汽油高,柴油机又是压燃,因而热效率比汽油机高.柴油机具有 40%一 50%的

4、能量转换率,而汽油机只有 30%一 35%o 一般柴油机的油耗比汽油机低 30%40%,燃油经济性比汽油机高 45%60%.技术先进的柴油机,油耗更低.柴油机转矩曲线平坦.在较大负荷范围内经济性普遍较好,加之驾驶性能这三种最常见的算法各有各的优缺点,并且使用得比较广泛.同时,一些学者提出基于卡尔曼滤波方法(递推滤波)的参考车速计算方法,由于受到车轮一路面模型准确性的影响,在实际应用过程中效果不是很好.5 总结由于车速测量在汽车安全行驶中的极度重要性,特别时在启动和刹车时的瞬时车速对于ASIt.系统和 ABs 系统的工作都有很重要的指导意义.因此,各国各大汽车厂商都加紧在这方面的研究,本文论及了

5、一般的三种车速测量方法,着重分析了各种方法中的优缺点,对于应用有一定的指导意义.参考文献一28 一【1】棘绍华.霍尔侍感嚣原理及在车速传感嚣中的应用】.轻型汽车技术 2003(12)总 17.【2】张大彪,尤明福.汽车多苷勒测速系统叭.汽车电器,2001 年第 3 期.【3】昊诰琏等.汽车防抱制动系统制动时的车速计算 U】.华南理工大学,第 3o 卷第 2 期.【4】陈照章,杨正林,新型非接触式车速仪的研制 U】.农业机械第 32 卷第 2 期 2001 年 3 月【5】 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册一试验篇【M】.人民交通出版社,2001.作者简介:周宇(1980-),男,湖南长沙人

6、.硕士研究生,主要从事去汽车主动安全及电子技术方向的研究.2006 年第 t0/ll 期要求低,故整车燃油消耗更低.1.1.2 排放性能柴油机燃烧比较完全,CO 排放大约只有汽油机的 10%.对于燃料电池,尽管排放非常清洁,但投资极高,且燃料电池使用的氢不易得到.2 车用柴油机的技术现状NOx 排放一般认为二者相当.2.1 进气系统柴油没有 HC 的蒸发,在燃烧后,HC 的排放也很低.对汽油机而言,催化剂能降低 HC排放,但低温特性差,尤其是在停车和启动时.此外,致癌烃 PAHs 被认为是柴油机排放中的产物,但里卡多的最新研究表明,只要不加催化剂,柴油机并不比汽油机高.CO2 的排放量,柴油机

7、比汽油机低 45%.颗粒(PM)排放,过去认为柴油机才有,实际上汽油机也有.据里卡多最新研究表明,应用新技术的柴油机,PM 排放量可以达到汽油机的水平,而且改进潜力很大.柴油机尾气对臭氧层的破坏只及汽油机的一半,废气排放总量比汽油机要少 45%.1.1.3 其他优点柴油机电器部分简单,平均无故障里程比汽油车长 40%.另外,柴油机没有汽油机致命的爆震燃烧,故整机可靠性比汽油机高,其使用寿命比汽油机几乎长一倍.汽油机的高压电会产生干扰电磁波,柴油机则没有.在同等排量下,柴油机的扭矩,是汽油机没法比的.加之柴油比汽油更容易提炼,因而价格比汽油便宜.1.2 柴油与其他能源比较天燃气能减少 NOx 和

8、颗粒物(PM)的排放,但成本高出柴油机 30%55%;存放天燃气需要专门容器且重量较大,这降低了车辆的承载能力;天燃气发动机工作温度高,磨损相对较大,故维护费用高;天燃气存在安全问题,储存和使用时易泄漏.实际上,技术水平较低的天燃气发报机,排放要大大高于柴油机.丙烷和液化石油气能有效降低 NOX,颗粒物和碳烟的排放,但 CO2 排放量,车辆成本会增加,燃油经济性变差.此外,也存在燃料安全问题.对于电动车,电能仅仅是一种污染的转移,电池技术存在着瓶颈,电动车还不具备大规模生产和使用的条件.20o6 年第 i0/i1 期涡轮增压,中冷技术当今车用柴油机普遍使用涡轮增压,其特点是:显着提高功率,降低

9、排放及燃油消耗,发动机体积小,重量轻,单位功率成本下降.试验数据表明,柴油机若使用增压技术,PM 排放下降 50%左右,cO2 降低 15%20%,CO 和HC 的排放也大大减少.若进一步使用中冷技术,发动机输出功率增加 20%一 30%,NOx 的排放可降低 60%70%.同时增压,中冷,则中低转速转矩明显高于汽油机.现在不仅中,重型柴油车,轿车也大量采用该技术.四气门技术目前,凡缸径大于 100mm 的柴油机均采用4 气门结构,并向轿车领域发展.4 气门增加了进气量;增加了低速扭矩;方便喷油器垂直中置,使油柱分布均匀;改善了活塞和喷油器的冷却条件;在不同转速下能实现涡流比可变,空气利用率高

10、,燃油分布更加均匀;HC,NOX 和PM 的排放都明显降低;提高了燃油经济性.奥迪公司的星形气门控制技术,运用该技术的 6 缸发动机,即使不用颗粒过滤器,排放比欧标准还低 50%.2.2 燃油喷射系统提高喷射压力一直是直喷柴油机降低排放的主要途径.提高喷射压力,燃油雾化良好且分布均匀,燃烧充分,大大降低 PM 排放.目前,高压喷射系统主要有以下几种:电控分配泵:泵端喷油压力可达180MPa,但管道长,压力波动大,不灵敏,喷油不精确.泵喷嘴系统:是带电磁阀的油泵油嘴一体化系统,由顶置凸轮驱动,可实现分段预喷射,能得到接近凸轮轮廓线的供油规律,其最高压力已超过 205MPa.缺点是:布置复杂使驱动

11、装置强度下降;喷嘴普遍增大;影响多气门缸盖的良好造型;缸盖燃烧窒变大;有碍整车的优化集成;成本高.一29电控单体泵:能克服油压冲击带来的缺点;喷嘴开启较泵喷嘴稳定,部件磨损较小;对缸盖及刚度要求低于泵喷嘴.传动机构紧凑;最高喷射压力 130170MPa.但一缸一盖的布局使结构复杂化.电控高压共轨燃油喷射系统:是一种全新的技术,它集成了计算机控制技术,现代传感检测技术以及先进的喷油技术,其喷油压力与喷油量无关,且不受发动机负荷和转速的影响,能根据要求改变压力水平.该系统不仅能实现三角形喷射,还能实现预喷射和靴型喷射,目前已发展到第三代,正进入第四代,最高喷射压力达 180MPa,可实现 15 次

12、喷射,最小稳定喷油量达 1mm3.2.3 燃烧系统重点开发直喷式增压赢喷柴油机优势突出,运行费仅为轿车汽油机的 47%,直喷汽油机的 56%.直喷式柴油机(DI)具有低油耗以及 co 排放少等特点.DI 燃烧系统的柴油通过中心布置的多孔喷嘴,直接喷入活塞燃烧室,没有非直喷机分隔窒和主燃窒之间的通道产生的效率损失.目前,Di 的研究重点是增强动力,降低 NOX 排放.涡流控制控制涡流结合高压喷射,可在较宽的转速范围内获得良好的燃烧和排放性能.对于较高转速的机型,通过控制不同转速下的涡流比获得极佳的排放性能;对于较低转速的较大排量机型,一般采用中低涡流(或无涡流)及更高的喷油压力.提高压缩比提高柴

13、油机的压缩比,可减少燃烧时的着火滞后,从而降低 NOx 的排放,提高燃油经济性.2.4 电控技术目前,先进的柴油机大多采用了电控技术,运用电控主要实现以下目标:控制最佳喷油量,喷油定时和供油速率,实现预喷射,保证各种工况下的动力性,经济性和排放性达到最优,同时获得所要求的加速性,调速性及其他特定性能;对整个增压系统进行控制,包括放气阀,可变几何截面装置,中冷器旁通等;一30 一控制烟度极限功率,得到各种不同的功率和转矩;控制启动和暖机过程,得到良好的启动性能和消除启动冒烟;自动进行海拔高度,进气温度补偿;小负荷时实现停缸运转,并可根据发动机负荷自动调整转速;根据不同工况控制 EGR 率.2.5

14、 排放控制技术柴油机排放主要通过:一,机内净化;二,机外净化.下面是目前流行的主要控制措施:优化喷射系统:改进喷油正时特性;采用高压喷射和电子控制;根据发动机负荷选取最佳喷射时间与压力;预喷法;涡流室:采用陶瓷材料,提高燃料着火性能;采用副喷嘴,改善紊流强度和燃烧;直喷式燃烧窒:开发各种带有紊流发生罐式的燃烧窒,通过调整喷嘴,紊流强度来改善燃烧,控制排放;增压和中冷技术:是降低烟度,NOX 和PM 排放的有效措施;废气再循环(EGR):根据发动机负荷,转速,将部分废气引入气缸再循环,可降低NOX 排放,电控 EGR 加废气冷却效果更佳;颗粒收集器及再生装置:颗粒收集器有陶瓷蜂窝,陶瓷泡沫,金属

15、筛网等.收集率可达 60%90%.氧化催化器技术和热再生微粒捕捉技术比较成熟;噪声控制:设计初期就考虑减振降噪问题,通过有限元分析和计算机辅助技术的应用,找出降低或阻隔燃烧,机械等噪声的方法.3 柴油机技术未来的发展趋势3.1 进一步开发共轨系统,不断优化燃烧系统高压共轨系统喷油灵活.能控制整个燃烧过程,低转速时也能产生高的喷射压力,通过先进的压电元 BOSCH 公司的 220MPa 第四代共轨系统,将改变现有件可控制喷油量,喷油时间,预喷射以及补充喷油.现正在研究 1 秒内完成的喷射.BOSCH 公司的 220MPa 第四代共轨系统,将改变现有喷嘴以单一”开关”控制 57 个单通道喷孔的喷油

16、方式.电装公司也在开发2006 年第 lO/11 期压电共轨系统,利用压电技术已经将每次喷油的时间间隔缩短了 0.1 秒.下一代共轨系统(NCRS),具有极大的柔性,对喷油压力和喷油时间控制具有更大的自由度,使得在任何运行状态下实现喷油压力和喷油定时的优化控制成为可能,这将是未来最满意的燃油喷射系统之一.Perkins 公司的 Qnadram 燃烧窒,野的HMMS 燃烧窒,小松的 MTEC 燃烧室及五十铃的四角形燃烧窒等,都在试验开发阶段,其基本特点是由一个中央涡流及四周的微涡流使空气燃料快速而充分地混合,并配以合适的燃油喷射系统.另外,窄角(narrowangle)直喷技术能有效降低柴油机 NOX 和 PM 的排放量,并能”轻松”满足苛刻的欧 V 标准.3.2 压电喷油器,多孔,微孔及可变喷嘴将使喷油更理想压电喷油器的关键元件是陶瓷压电薄膜,通电 0.1ms 以内便发生晶体晶格的畸变.其优点是:喷油没有时间滞后;切换非常迅速且十分精确;重现性非常好;不会因设计,气隙而出现偏差;寿命长;